sin n sin n 1 n 2 Obr. 1: K zákonu lomu

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "sin n sin n 1 n 2 Obr. 1: K zákonu lomu"

Karel Ševčík
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 MĚŘENÍ INDEXU LOMU REFRAKTOMETREM Jedou z charakteristických optických veliči daé látky je absolutím idexu lomu. Je to podíl rychlosti světla ve vakuu c a v daém prostředí v: c (1) v Průchod světla rozhraím dvou izotropích prostředí o idexech lomu 1, 2 se řídí Sellův zákoem lomu, podle ěhož se světlo dopadající a rozhraí pod úhlem. šíří po průchodu rozhraím v roviě dopadu pod úhlem, takže platí: 2 1 (2) Poměr 2 se azývá relativí idex lomu Obr. 1: K zákou lomu Idex lomu pevých a kapalých látek lze zjistit změřeím mezího úhlu při lomu či odrazu a rozhraí dvou prostředí. K tomuto účelu se kostruují refraktometry, využívající úplého (totálího) odrazu světelého paprsku. Jestliže s paprsek světla proiká z prostředí opticky řidšího (většiou je to vzduch) s idexem lomu 1 do prostředí opticky hustšího s idexem lomu 2, a platí-li pro idexy lomu těchto prostředí, že 1 < 2, v tomto případě astává lom ke kolmici. Při růstu úhlu dopadu se zvětšuje i úhel lomu. V mezím případě, kdy úhel dopadu je rove 90, šíří se světelý paprsek v hustším prostředí pod ejvětším úhlem m. 1 2 Obr. 2: Pricip měřeí refraktometrem v procházejícím světle

2 Do vyšrafovaé oblasti a obr. 2 emůže tedy světlo z prvího prostředí lomem vikat. Protože = 1, pro m platí z rovice (2): 1 m (3) 2 Šíří-li se aopak světelý paprsek z opticky hustšího prostředí do prostředí opticky řidšího, astává lom od kolmice (obr. 3). Je-li úhel dopadu meší ež m,proike část světla do prvího prostředí a část se odrazí. Je-li úhel dopadu větší ež m, astává totálí odraz, úhel má velikost Obr. 3: Pricip měřeí refraktometrem při odrazu Pro úhel m platí opět z rovice (2): 1 m (4) 2 Za předpokladu, že uvažujeme idex lomu vzduchu 1 = 1, pro hledaý idex lomu látky dostáváme vztah: 1 2 (5) K jeho určeí postačí změřit mezí úhel. Idex lomu je kromě jiého zároveň zakem čistoty mohých látek a jedozačou mírou kocetrace četých roztoků. Je tedy možo měřeím a refraktometru ahraditi často zdlouhavé chemické aalýzy. K ašemu měřeí idexu lomu použijeme uiverzálí (dvojhraolový) refraktometr Meopta, měřící idex lomu D látek kapalých, plastických a pevých v rozmezích 1,300-1,700. Základí částí uiverzálího refraktometru (Abbeova typu) je dvojhraol H 1, H 2, zhotoveý ze silě lámavého flitového skla (obr. 4). Hraol H 1 (měřící) má stěy AC, BC vyleštěy, stěu AB zrěou. Druhý hraol (osvětlovací) H 2 má aopak zrěou plochu ED. Obr. 4: Chod světla dvojhraolovým refraktrometrem m

3 Uiverzálí refraktometr se skládá z dalekohledu (Obr. 5 poz. 11), dvou kompezačích hraolů, z dvojice měřících a osvětlovacích hraolů a ze stupice idexů lomu (Obr. 5 poz. 16). Dalekohled je opatře v ohiskové roviě itkovým křížem, a který lze okulár otáčeím jeho objímky zaostřit Kompezačí hraoly jsou otočě uložey v tělese dalekohledu a jsou spojey se stupicí pro výpočet středí disperze. Natáčeí se provádí zvečí vroubkovaým točítkem (Obr. 7 poz. 17). K astaveí ejpřízivějšího osvětleí při měřeí slouží odklopé zrcátko (Obr. 5 poz. 14). Obr. 5: Uiverzálí refraktometr Meopta Segmet se stupicí idexu lomu je pevě spoje s měřícím hraolem. Je kovový a jeho stupice (Obr. 5 poz. 16) je uzpůsobea k měřeí idexu lomu v rozsahu od D = 1,300 do 1,700. Stupice je dělea po 0,001 a očíslováa u každé setiy. Obr. 6: Stupice idexu lomu Dříve ež začeme s měřeím, obě plochy, t.j. leštěá plocha měřícího hraolu (Obr. 7 poz. 2) a matovaá plocha osvětlovacího hraolu (Obr. 7 poz 23) se vyčistí destilovaou vodou a osuší filtračím papírem. Čištěí se ejlépe provede kouskem vaty. Plochy hraolu esmí přijít ikdy ve styk s tvrdými předměty jako apř. ožem, skleěou tyčikou a pod. Poté se přistroj sklopí okolo čepu stojau do polohy kdy je plocha měřícího hraolu vodorová a a plochu měřícího hraolu se aese měřeá látka. Přístroj se pak sklopí do polohy pohodlé k měřeí a astaví se okulár dalekohledu otáčeím vroubkovaé objímky tak, aby byl obraz itkového kříže ostrý (Obr. 8 poz. 9). Na plochu měřícího hraolu se aese je malé možství měřeé kapaliy. Po uzavřeí hraolu má být měřeá kapalia rozprostřea po celé ploše hraolu. Při větším možství aeseé kapaliy pak tato vytéká a zečišťuje přistroj

4 Přitom je uté se dívat do okuláru dalekohledu eakomodovaým okem (tj. jako bychom hleděli do dálky). Nyí se otáčí rýhovaým točítkem (Obr. 5 poz. 10) a levé straě přístroje, až se v zorém poli dalekohledu objeví světlé a tmavé pole (Obr. 8 poz. 12). Normálě je rozhraí mezi světlem a stíem velmi eurčité a barevé. Pro měřeí je však uté, aby bylo určité a bezbarvé. Nuto tedy rozhraí vykompezovat, což se provede otáčeím kompezačích hraolů rýhovaým točítkem (Obr. 7 poz. 13) a pravé straě přístroje. Vykompezovaé, tj. ostře ohraičeé rozhraí se pak přesě astaví otáčeím točítka (Obr. 5 poz. 10) a průsečík itkového kříže. Obr. 7: Osvětlovací a měřící hraol Dostatečý kotrast světla a stíu dosáhe vhodým astaveím osvětlovacího zrcátka. Kotrast lze rověž měit vhodou volbou osvětleí s deím či umělým světlem. Po přesém astaveí rozhraí (a průsečík kříže) se čte hodota idexu lomu měřeé látky a stupici idexů lomu (Obr. 5 poz. 16). Stupice se pozoruje zvětšující lupou (Obr. 5 poz. 17), která se vysuutím či zasuutím předem astaví tak, aby čísla a rysky stupice bylo viděti dostatečě ostře. Stupice se čte levým okem; a stupici možo přečíst hodotu a čtyři desetiá místa, přičemž čtvrté desetié místo se staoví odhadem. Např. a obr. 6 je hodota aměřeého idexu lomu D = 1,4884. Obr. 8: Světlé a tmavé pole Při přesém měřeí idexu lomu kapali se hraoly temperují protékající vodou a určitou teplotu. K tomu účelu jsou držáky hraolů opatřey čtyřmi hubicemi pro avlékutí gumových hadic. Látky jako plyy, kapaliy, z pevých látek látky amorfí a krystaly s kubickou symetrií jsou za ormálích podmíek opticky izotropí. To zameá, že idex lomu je u těchto látek ezávislý a směru šířeí světla. Všechy látky však vykazují určitou disperzi, to zameá, že jejich idex lomu je závislý a vlové délce světla. Na obr. 9 je uvede typický průběh disperzí závislosti

5 0 Obr. 9: Průběh ormálí disperze K orietačí charakteristice disperzích vlastostí měřeých látek se užívá veličia - středí disperse, daá vztahem: F C (6) kde F, C jsou idexy lomu pro vlové délky světla 486,1 m a 656,3 m Středí disperzi látky zjistíme ásledujícím způsobem: Je-li při měřeí rozhraí přesě vykompezováo, lze a stupici kompezačích hraolů (Obr. 5 poz. 18) přečíst číselou hodotu C, která slouží pro výpočet středí disperze podle rovice: A B cos C (7) f c 3 K výpočtu středí disperze použijte tabulky uvedeé v závěru kapitoly. V Tabulce 1 jsou uvedey hodoty A a B pro aměřeý idex lomu. V Tabulce 2 jsou uvedey hodoty cos (3 C) pro odečteou číselou hodotu C a stupici kompezačích hraolů. Hodoty A, B, cos (3 C) se dosadí do uvedeé rovice. Při používáí tabulky se aměřeé hodoty zaokrouhlí a ejbližší hodotu, uvedeou v tabulce. Hodoty cos (3 C) se zjistí iterpolací dvou sousedích hodot. Pozámka Pro výpočet středí disperze je uté používat tabulku, která je přiložea k daému přístroji. Je možé, že druhý přístroj téhož typu má tabulku s jiými hodotami, což by vedlo k esprávým výsledkům. Úkoly 1. Změřte idex lomu ( D ) a středí disperzi vodího roztoku glyceriu v závislosti a jeho kocetraci. 2. Naměřeé hodoty a výsledky zpracujte graficky (graf závislosti idexu lomu a kocetraci). Pomůcky Uiverzálí refraktometr Meopta, glyceri, destilovaá voda, líh, vata, filtračí papír, váhy, kádiky, kapátko

6 Pokyy a iformace 1. Prostudujte si ejprve ávod k obsluze přístroje. 2. Kocetraci roztoku připravte v oboru váhových procet po 10 % (100 0% roztok). V protokolu přesě uveďte, jak jste roztoky připravili. Měřeí začěte od 100 % roztoku, který postupě řeďte. 3. Každé měřeí pro daou kocetraci roztoku proveďte 5krát. 4. Po každém měřeí očistěte pečlivě měré plochy refraktometru lihem a osušte. Po skočeí měřeí důkladě očistěte celý přístroj. 5. Tabulky aměřeých hodot budou obsahovat ásledující parametry: kocetrace roztoku (K), komparace(c), idex lomu ( D ), hodoty A, B, cos(3c), středí disperzi ( F C ). 6. Naměřeé hodoty zpracujte do grafů závislost idexu lomu a kocetraci a závislost středí disperze a kocetraci. 7. V protokolu uveďte ve stručosti pricip měřeí refraktometrem. Literatura Brož J.a kol: Základy fyzikálích měřeí I Lehotský D. a kol.: Praktikum z fyziky pre pedagogické fakulty Návod k používáí přístroje Příklad: Zjiště idex lomu = 1,6641 při poloze kompezačích hraolů C = 40,7. Z tabulky pro = 1,660 (což je ejbližší hodotě 1,6641): A = 0,02454; B = 0,01271 Pro C = 40,7 zjištěo iterpolaci hodot - 0,500 a - 0,545 (pro C = 40 a C = 41): cos 3 C = - 0,532 Je tedy středí disperse: f c = 0, ,532 = 0,0198 Hodoty cos 3 C pro čísla C = O až 30 jsou kladé, pro čísla C = 30 až 60 jsou záporé. Např. pro C = 15 je cos 3 C = + 0,707, kdežto pro C = 45 je cos 3 C = - 0,

7 Tabulka 1: D A B 1,300 0, , ,310 0, , ,320 0, , ,330 0, , ,340 0, , ,350 0, , ,360 0, , ,370 0, , ,380 0, , ,390 0, , ,400 0, , ,410 0, , ,420 0, , ,430 0, , ,440 0, , ,450 0, , ,460 0, , ,470 0, , ,480 0, , ,490 0, , ,500 0, , ,510 0, , ,520 0, , ,530 0, , ,540 0, , ,550 0, , ,560 0, , ,570 0, , ,580 0, , ,590 0, , ,600 0, , ,610 0, , ,620 0, , ,630 0, , ,640 0, , ,650 0, , ,660 0, , ,670 0, , ,680 0, , ,690 0, , ,700 0, ,

8 Tabulka 2: C cos 3C C 0 +1, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

Podobné dokumenty

ZÁKLADNÍ POJMY OPTIKY

ZÁKLADNÍ POJMY OPTIKY Záš pojmy A. Popiš aspoň jede fyzikálí experimet měřeí rychlosti světla. - viz apříklad Michelsoův, Fizeaův, Roemerův pokus. Defiuj a popiš fyzikálí veličiu idex lomu. - je to bezrozměrá fyzikálí veličia